1

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Lekcja

15

TEMAT:

Model komputera

2

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1937r.

Alan Turing wymyśla

Maszynę

Turinga

(abstrakcyjny model komputera)

3

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Alan Turing nie miał dostępu do rzeczywistego

komputera (gdyż oczywiście jeszcze takowych nie było w
tym czasie), wynalazł własny, jako abstrakcyjne
"ćwiczenie na papierze".

Ten model teoretyczny, który stał się znany jako

Maszyna Turinga

, był zarówno prosty jak i elegancki, a

w późniejszym okresie stał się on inspiracją dla wielu
"eksperymentów myślowych".

W kilka lat później Turing stał się kluczową postacią w
projektowaniu i tworzeniu

COLOSSUSA

, który był jednym

z pierwszych na świecie działających, elektronicznych
komputerów cyfrowych.

4

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1. Nieskończona taśma

zawierającej komórki z
przetwarzanymi
symbolami

2. Ruchoma głowica

zapisująco-odczytująca

3. Układ sterowania

głowicą.

Maszyna Turinga

5

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Taśma

Nieskończona taśma jest odpowiednikiem współczesnej
pamięci komputera. Taśma dzieli się na komórki, w
których umieszczone zostały symbole, czyli po prostu
znaki przetwarzane przez maszynę Turinga.
Symbole te stanowią odpowiednik danych wejściowych.

Maszyna Turinga

odczytuje te dane z kolejnych komórek

i przetwarza na inne symbole, czyli dane wyjściowe.
Wyniki obliczeń również są zapisywane w komórkach
taśmy.

6

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Głowica

Aby przetwarzać dane, maszyna Turinga musi je
odczytywać i zapisywać na taśmę.

Do tego celu przeznaczona jest właśnie głowica
zapisująco-odczytująca, która odpowiada
funkcjonalnie urządzeniom wejścia/wyjścia
współczesnych komputerów lub układom odczytu
i zapisu pamięci.

7

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Układ sterowania głowicą

Przetwarzaniem informacji zarządza układ
sterowania głowicą. Jego współczesnym
odpowiednikiem jest procesor komputera.

Układ ten odczytuje za pomocą głowicy symbole z
komórek taśmy oraz przesyła do głowicy symbole
do zapisu w komórkach. Dodatkowo nakazuje on
głowicy przemieścić się do sąsiedniej komórki w
lewo lub w prawo.

8

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1938

Główna Teza

Claude-

Shannona

9

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W latach 1850-tych angielski matematyk

George Boole

wymyślił nową postać

matematyki, w której przedstawił wyrażenia
logiczne w formie matematycznej, znanej
obecnie jako

Algebra Boole'a.

10

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W swojej pracy,

Shannon

pokazał, w jaki sposób

koncepcje PRAWDY i FAŁSZU Boole'a mogą
zostać użyte do przedstawiania funkcji
przełączników  w obwodach elektronicznych.

Trudno dzisiaj przekazać, jak ważna była to koncepcja,
wystarczy, że powiemy, iż

Shannon

podarował inżynierom

elektronikom matematyczne narzędzie, którego potrzebowali do
tworzenia cyfrowych obwodów elektronicznych i techniki te
stanowią po dziś dzień kamień węgielny cyfrowych projektów
elektronicznych.

11

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Ciekawostka:

Shannona

uważa się za wynalazcę latającego spodka

Frisbee. Stał się on również sławny za przejażdżki na
monocyklu (jednokołowy rower) po korytarzach Bell
Laboratories żonglując jednocześnie czterema
piłeczkami

12

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1939r.

Cyfrowy Komputer Elektroniczny o

Specjalnym Przeznaczeniu

Johna Vincenta Atanasoffa

 

13

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W trakcie tworzenia urządzenia

Atanasoff

rozwinął wiele

pomysłowych i unikalnych rozwiązań. Na przykład jednym
z największych problemów twórców komputerów w owym
czasie było przechowywanie liczb do użytku w
obliczeniach maszyny.

Projekt

Atanasoffa

wykorzystywał kondensatory do

przechowywania ładunku elektrycznego, który mógł
przedstawiać liczby w postaci logicznych zer i logicznych
jedynek.

Kondensatory zamontowane zostały w obrotowych
walcach z bakelitu posiadających metalowe pasy na
zewnętrznej powierzchni. Każdy z tych cylindrów, wysoki
na około 12 cali i o średnicy 8 cali, mógł przechowywać
trzydzieści liczb dwójkowych, które odczytywane były z
metalowych pasów przy obrotach cylindrów.

14

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

15

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Dane wejściowe wprowadzane były do maszyny w
postaci kart perforowanych, natomiast wyniki
pośrednie mogły być przechowywane na innych
kartach.

Ponownie rozwiązanie

Atanasoffa

przechowywania

wyników pośrednich było całkiem interesujące - użył iskier
elektrycznych do wypalania małych plamek na kartach.

Obecność lub brak tych plamek mogła później być
automatycznie stwierdzona przez maszynę, ponieważ opór
elektryczny zwęglonej plamki różnił się od oporności
czystej karty.

16

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1939r. do 1944r.

Harvard Mark 1

Howard Aiken

(IBM ASCC)

17

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Mark I

został zbudowany z

przełączników,
przekaźników, obracających
się wałków i sprzęgieł, a
opisano go, iż wydaje
dźwięki jak:
"cały pokój szydełkujących
kobiet".

Maszyna zawierała ponad
750000 elementów, miała
długość 50 stóp, była
wysoka na 8 stóp i ważyła w
przybliżeniu 5 ton!

18

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Maszyna ta była oparta na liczbach o długości

23

cyfr - kalkulator mógł dodać lub odjąć dwie

takie liczby w ciągu trzech dziesiątych sekundy,
pomnożyć je w ciągu czterech sekund i
podzielić w dziesięć sekund.

Ciekawostka:

Aiken

był ogromnie zachwycony komputerami, lecz

podobnie do innych nie przewidział dramatycznych
zmian, które miały nadejść w przyszłości. Na
przykład w 1947r. przepowiedział, iż jedynie sześć
elektronicznych komputerów cyfrowych byłoby
wystarczające do spełnienia potrzeb obliczeniowych
całych Stanów Zjednoczonych.

19

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1941r.

Z1, Z2, Z3

Konrad Zuse

20

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Po zakończeniu II Wojny Światowej
odkryto, iż w hitlerowskich Niemczech w
roku 1941 ukończono budowę kalkulatora
sterowanego programem o nazwie

Z3

, co

oznacza, iż

Z3

datuje się przed

kalkulatorem Harvard Mark I Howarda
Aikena.

Projektantem Z3 był
niemiecki inżynier o
nazwisku

Konrad Zuse

21

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Pomimo oparcia kalkulatora

Z3

na przekaźnikach,

Z3

był bardzo wyrafinowany jak na swój okres, na

przykład używał on do obliczeń systemu
dwójkowego i mógł liczyć na liczbach
zmiennoprzecinkowych.

Zuse

rozważał użycie lamp elektronowych, lecz

zdecydował się na zastosowanie przekaźników,
ponieważ były one ogólnie dostępne, natomiast
Zuse obawiał się, iż lampy mogą być nieco
zawodne.

22

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Ciekawostka:

Zuse

w roku 1958 zaproponował procesor

równoległy, zwany komputerem polowym o
wiele wcześniej zanim zaczęto dobrze rozumieć
przetwarzanie równoległe

(nawet współczesne komputery przetwarzają
informację w sposób sekwencyjny)

23

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1943r.

COLOSSUS

Alan Turing

24

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Podczas Drugiej Wojny Światowej

Alan Turing

pracował jako kryptograf, dekodując kody i
szyfry w jednym z najbardziej tajnych,
angielskich ośrodków dekryptażu,
zlokalizowanym w Bletchley Park.

25

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Turing był główną postacią przy
złamaniu szyfru sławnej obecnie,
niemieckiej maszyny szyfrującej
ENIGMA.
Jednak oprócz szyfru ENIGMA,
Niemcy posiadali jeszcze jeden
szyfr, który był stosowany do
przesyłania najbardziej tajnych
wiadomości.

Szyfr ten, będąc dużo bardziej
skomplikowany od szyfru ENIGMA,
tworzony był w maszynie zwanej
przez Niemców
Geheimfernschreiber (tajny
telegraf), a Alianci opisali ją
terminem "Fish" (ryba).

26

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W 1943r. Turing rozpoczął budowę
elektronicznej maszyny do
dekryptażu szyfru
Geheimfernschreiber. Maszyna
ta, którą ochrzcili mianem

COLOSSUS,

zawierała 1800 lamp

elektronowych.

COLOSSUS

był jednym

z pierwszych na
świecie działających,
programowanych
komputerów
cyfrowych. Lecz była to
maszyna o specjalnym
przeznaczeniu, która w
rzeczywistości
nadawała się do
wąskiego zakresu
zadań (na przykład nie
potrafiła mnożyć
dziesiętnie).

27

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1943r. do 1946r.

ENIAC

Pierwszy komputer elektroniczny

ogólnego przeznaczenia

(Electronic Numerical Integrator And
Computer)

28

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Komputer

ENIAC

opracowany

został na zlecenie Armii USA,
która potrzebowała go do
wykonywania żmudnych,
tabelarycznych obliczeń dla nowo
produkowanych dział. Każde
działo, zanim mogło być
zastosowane na froncie, musiało
przejść serię strzelań próbnych,
których wyniki przeliczano
następnie otrzymując w wyniku
dokładne, matematyczne
parametry działa, umożliwiające
jego kalibrację. Dla każdego działa
biegły rachmistrz musiał wykonać
około 47000 rachunków, co
zajmowało mu średnio trzy
miesiące pracy. Po zastosowaniu
ENIAC'a czas ten skrócił się do
kilku minut.

29

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Ciekawostka:

Miał on wysokość 10 stóp, zajmował obszar 1000 stóp
kwadratowych podłogi i ważył w przybliżeniu 30 ton,
zawierając ponad 70000 oporników, 10000
kondensatorów, 6000 przełączników i 18000 lamp
elektronowych. Ostateczna maszyna zużywała 150
kilowatów energii elektrycznej, co wystarczało do
oświetlenia małego miasteczka.

30

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1944r. do 1951r.

EDVAC

Pierwszy Komputer Przechowujący

Program

31

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

EDVAC

zawierał w

przybliżeniu 4000
lamp elektronowych i
10000 diod
kryształkowych.

Raport z roku 1956
pokazuje, iż bezawaryjny
czas pracy komputera
EDVAC wynosił około 8
godzin.

32

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Pierwszy handlowo dostępny
komputer, uniwersalny,
automatyczny komputer
(Universal Automatic
Computer -

UNIVAC I

), został

również oparty na projekcie
EDVAC.

33

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1945r.

"Pierwsza" Pluskwa

Komputerowa

Pierwszy oficjalny zapis użycia słowa

"pluskwa"

(ang.

bug

) w kontekście obliczeń na komputerze związany jest

z komputerem

Harvard Mark II

opartym na

przekaźnikach, który był na służbie Centrum Uzbrojenia
Morskiego w Dahlgren w stanie Virginia. 9 września 1945
roku do jednego z przekaźników wleciał mól i zablokował
go. Wydobyto go następnie z maszyny i przyklejono
taśmą w dzienniku obok oficjalnego raportu, który
stwierdzał: "Pierwszy przypadek wykrycia pluskwy."

34

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Pojęcie

"pluskwa"

jest obecnie

powszechnie akceptowane przez
użytkowników komputerów w znaczeniu
błędu samej maszyny lub, co być może
zdarza się bardziej powszechnie, błędu w
programie (stąd wzięło się określenie
"odpluskwiać program").

35

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1962r.

"Najgorsza" Pluskwa Komputerowa

36

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Istnieje jeden błąd komputerowy, który
zdecydowanie zyskał popularność i wyróżnia się
wśród innych. 28 lipca 1962 sonda kosmiczna

Mariner I

została wystrzelona z przylądka Cape

Canaveral w długą podróż w kierunku planety
Wenus.

37

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Jednakże w niecałe cztery minuty po starcie

Mariner I

wykonał nagły zwrot o 180 stopni i

zanurkował w Ocean Atlantycki. Zespół
prowadzący śledztwo odkrył, iż z programu
odpowiedzialnego za sterowanie silnikami rakiety
usunięto przypadkowo operator logicznej negacji.

Opierając się na tym, iż start ten kosztował w
okolicach 10 000 000 $, musimy potraktować
ten błąd jako jeden z droższych błędów w historii
komputeryzacji.

38

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1971r.

Pierwsze Mikroprocesory

(Ted Hoff)

39

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Wynikiem pracy Hoffa był pierwszy na
świecie mikroprocesor,

4004

, gdzie 4-ki

użyte zostały do oznaczenia, iż układ
posiadał 4-bitową szynę danych.

4004 był częścią składową czteroukładowego
systemu, który również zawierał 256-cio bajtową
pamięć ROM, 32 bity pamięci RAM oraz 10
bitowy rejestr przesuwny.
Układ 4004 zawierał około 2300 tranzystorów i
mógł wykonywać 60000 operacji na sekundę.

40

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W listopadzie 1972 firma

Intel

wprowadziła

mikroprocesor

8008

, będący właściwie 8-bitową

wersją układu 4004. Mikroprocesor 8008 zawierał
w przybliżeniu około 3300 tranzystorów i był
pierwszym mikroprocesorem wspomaganym przez
kompilator języka wysokiego poziomu zwany PL/M.

Po układzie 8008 pojawił się 4040, który poszerzał
możliwości układu 4004 przez dodanie instrukcji
logicznych oraz porównań, a także przez obsługę
zagnieżdżania wywołań podprogramów przez
użycie małego, wewnętrznego stosu.

41

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

W pełni uniwersalny mikroprocesor firma
Intel zaprezentowała dopiero w kwietniu
1974 roku pod symbolem

8080

.

Ten 8-bitowy układ, który zawierał około 4500
tranzystorów i mógł wykonywać 200 000 operacji na
sekundę, miał uzyskać sławę jako centralny procesor
wielu wczesnych komputerów domowych.

42

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

1973r.

Pierwsze Komputery Osobiste (PC-

ty)

Komputer IBM
610 Auto-
Point

43

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Altair 8800
firmy MITS

44

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Mikrokomput
er Apple I

45

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Apple II

46

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Apple II

, który jest przez wielu uważany za pierwszy

komputer osobisty będący zarówno dostępny
cenowo jak i użyteczny.

Apple II,

który pojawił się na rynku w kwietniu

1977

roku w cenie 1300$, zawierał 16 KB pamięci ROM, 4
KB RAM, klawiaturę oraz kolorowy monitor.

Firma Apple stała się jedną z historii wielkiego
sukcesu. W 1977 miała ona przychód 700000$ (co
było w tych czasach całkiem sporą sumą pieniędzy),
a już po jednym roku przychód jej wzbił się
dziesięciokrotnie w górę do wartości 7 milionów
dolarów!

47

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Mikrokomput
er
Commodore

Mikrokomputer Commodore Business Machines oparty na
mikroprocesorze 6502, zawierający 14 KB pamięci ROM,
4KB pamięci RAM, klawiaturę, monitor oraz pamięć
kasetową, a wszystko to za jedyne 600$.

48

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Komputer IBM
PC/XT

W roku

1981

firma IBM wypuściła swojego pierwszego PC-ta

w cenie 1365 $

49

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Współczesna
stacja robocza
IBM

50

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Ciekawostka:

... w roku 1975 komputer IBM mogący wykonywać
10.000.000 instrukcji na sekundę kosztował około
10.000.000 $.

W roku 1995 (jedynie dwadzieścia lat później), gra
komputerowa, zdolna wykonywać 500.000.000
instrukcji na sekundę, była dostępna na rynku w
cenie około 500$

51

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Powtórzenie wiadomości:

1. Teoretyczny model komputera- Maszyna Turinga
2. Krótka historia komputerów

52

Systemy operacyjne i sieci komputerowe

mgr Mirosław Brozio

Praca domowa:

Zadanie 1

Opisz dokładne wykonywanie programu przez maszynę Turinga.